JPS61500807A - 空気データセンサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 改良された航空機用圧力検知装置 発明の背景 １、発明の分野 この発明は、航空機が飛行している際に、マツハ数、飛行角、衝撃圧、および静 圧を決定するために、単に航空機から１つの頭部が突出しているだけの状態で、 圧力測定に利用することのできろ改良された検知装置に関するものである。

λ従来の技術 航空機用圧力検知装置は、同一の譲渡人が所定する米国特許第３，３１８，１４ ６号に開示されている。本発明に基づいて製作される装置は、前記した特許に開 示されたセ／すの改良である。本発明に基づいて製作される装置は、センサの出 力信号が真の迎え角に極めて近い値を示すような線形性の改良を包含する著しい 改良を提示するものである。第２の重要な改良は、この装置がセンサを通過する 流れのマツハ数の変化に、はとんど感応しないという点にある。このことは、亜 音速流の状態下においては、特に正確である。

図面の説明 ＠１図は１本発明しく基づいて、航空機の涌本に搭載さｎるように設計され、か つ製作されたセンサの平面図であろう第２図は、第１図の２−２線から見た５で ンサ泡部の一部破断された拡大背面図である。

第３図は、第２図の３−３４から見た、センサの端部およびセンサ本体の隣接部 分の、一部破断された拡大匈面図である。そして、１４３図には、従来技術によ る装置か、破緑により付は加えられている。

第４図は、−底面上の球面部分を示す図である。

ＷＪ５図は、前記第３，３１８．１４６号の装置および本発明にしたがって製作 された装置を対比して、非線形流れ角誤差とセンサに対する流れ角との関係を、 単位を度として示したグラフである。

第６図は、６記第３，３１８，１４６号の装置および不発明にしたがって製作− された装置を対比して、感度係数とマツハ数との関係を示す図である。

好ましい実施例の詳細な説明 第１図および楊２図、ならびに前記各図に示された符号を参照して説明する。ｌ Ｏで総梠的に示されるセ／すは・Ｒ空そ１２に取付けられ、空気流内に突出した １０−ブ１１をシえている６前記グローブ１１は、過当な第１コ）支持部１３と 。

中心縦軸１７を取りまく外表面を有する円筒チ島−ブを備えたセンサ本体１４と を具備している。前記歿転１７は、シを空機の軸と一線に並ぶように、該飢空礒 との関係かあらかじめ設定されている。

センサ本体１４の１部１５は、５つのポートを有する、−底面上；（規定されろ 球の部分片で定義される球面の一部から成っている。図示されるように、削端部 １５は、センサ本体１４の中心縦軸１７の延長上の、中央前端位置に軸ポー目６ を備えている。Ｆ５〜１７は、第１．３図に示されている。端部１５は、ＧＥポ ート１６の周囲に等しい間隔で、４つの畑のポートを備えている。呉１のポート ２０２よびシ２のホード２１は・共に共通平面乙にその軸を有している。そして 、前記平面は、センサ本体１４の縦軸１７を含み、また、水平直線飛行時におい て、垂直である。

つけ加えるなら、第ｌおよび第２のポート２０．２１は、センサ本体１４の？＠ １７から実質的に４５室の傾斜を有していることが望ましい。ポート２０３よび ２１の位置は、センサ本体１４のｎ軸１７に関して、　３５　Ｉｆから５５度の 範囲にあることが望ましいことが分った。

さらに、第３のポート２２および第４のポート２３は、１部１５に配置され、各 々の町は同一平面上にある。前記平１は、センサ本体１４の縦軸１７を含み、そ して、ポート２０および２１の軸を含む平面に対して垂直である。水平直線飛行 時においては、当該センサは、ポート２２および２３の軸が符号２５で示される 水平面内に配置されるように、！に空機上の正しい方位に向けられる。ポート２ ２および２３の妃もまた、セ／す本体１４の伐輔から４５覚の傾斜を有している 。

そして、これらのポートもまた。前記縦軸ｊｃ　関して３５（かｆ）５５変のメ 凹内にあることが望ましい。

図示されるように、冬々のポートは、別々の導管に接浸されている。例えば、ポ ート２０は導管３０に層碕され、ポート２１は導管３１：（接伐され、ポート２ ２は導管３２に受視され、ポート２３は４管３３に接続され、そしてポート１６ は導管３４に接ｔ９！されている。これらの導管は一各々のボー）Ｋ開口し、そ してセンサ本体１４および支持′８１３内に延びている。これらの導管は、隔壁 めろいは・その他のｄ”ｉＬ手段により・叉搏されろことができろ。

水平直線飛行時尤おいては、ボー）１６における圧力％＝、航空機のノーマル（ ｎｏｒｍａ／　）ピトー圧あるいは岐Ａ８ｍＫ等しい全圧力を示すことになる。

ボー）　２０．２１．２２および２３における圧力は、すべて等しく、そして、 ポート１６における圧力よりも負である。というのは、それらのポートが岐点よ りも下流側に配置されているからである。さて、迎え角が変化すると、ポート２ ０および２１間に圧力差が生じろ。そして、この圧力差の大きさは、迎え角の変 化量に応じて決まる。もちろん、ＩＥ圧力差正であるか負であるかは、迎え角の 変化が正であるか負であるかによって決定される６同様に、横すべり時において は、ポート２２および２３間に圧力差が生じる。そして、この圧力差の測定は、 横すべり角を決定するために用いられる。

第３図は１本発明に基づいて製作された装置と、従来技術による装置との違いを 示している。第３図は、第２図を右偽面から見た、第２図に示された装置の一部 の側面図である。

第３図において、第２図に示された符号と同一の符号繻、当・該装置の同一の構 成ｌ！累をあられしている。従来技術による装置は、本発明くよる装置の図面上 ｉｃ、ａ線でつけ／ｌｌ１口えらルでいろ。端：Ｍ　Ｉ　Ｓは、−底面をもった 豚舎を構成している。

３部１５およびセンサ本体１４間の境界部４８上の点は、セ／す本体１４の伐瓢 １７に垂直な平面に含まれる円を定義する。端部１５を定義する豚舎の中心点４ ５は、境界部４８の各点を含む平面より後方にある、 従来技術罠よろ装置の端部は、破線３６で示されるように。

体の半径は、端部の半径に等しかった１、従来技術によるセ／す本体は、破線３ Ｂで示されている。前記２つの半径が等しかったので、端部はセンサ本体に対し て、点４９において、滑らかな境界で一体化されている。すなわち、セシサ本体 は、接合点４９において、端部に対して正接している。

前述したように、不発明により製作された装置の端部１５は、−底面を有する豚 舎を構成している。前記豚舎（セグメ７　）　）４０は１球体表面の一部分であ り、そして第４図に示さ、れている。セグメント４０は１球４２の表面尤内接す る・小・・円４４を含む平面で切断された１球４２の２つの部分のうちの小さい 方の部分である。このように定義したので、線分４１の長さ、すなわち第４５！ Ｊ中において長さ＠ａ′で示された部分＋１・すべての実【帽（おいて・球面４ ２の半径４３よりも小さい。したがって、線分４１の２倍の長さは、球面４２の 直径よりも小す＜、そしてまた、セグメント４０の表面は。

球４２の子球の表面よりも小さい。セグメント４０の表面積は・次式により定義 される。

５＝２ｆｆＲｈ＝Ｋ　” ここで、Ｓは表面ｆｆｌ、Ｒは球４２の半径、セしてｈ２よびｐは、第４図に示 されている。

この適用例においては、第３図にも示されているように、線分４１は、センサ本 体１４の半径に等しい。線分４１は。

第３図の線分４３で示された、球４２の半径よりも小さいので、端部１５および センサ本体１４間の視界部４８上の各点は、円を形成するような点の軌跡に含ま れろ。そして、境界部４８はとかつていて１点４９で示さｎる。従来技ｆＪＫよ る・・　装置の滑らかな境界部と４異なっている。このとかった境界部か、本発 明、により製作される装置の性能を向上させる。このような向上された性能４． センサ本体１４の半径が、端部１５の半径よりも０．０２パーセントから２０パ ーセントの範囲で小さい場合に示される。

性能の向上は、第５．６図において、グラフで示されている。理論上完全な＠置 は、完全に線形であるか、あるいは言い換えれば、測定されたパラメータが真の パラメータと等しくなるものである。このような理論上の線形性はほとんど達成 されることができないので、装置をどのよう圧して線形性に近づけるかというこ とが、実用的な目安となる。もし、装置の、線形性からの偏差が、ある特定の用 途疋おける許容される誤差範囲内にあれば、その装置は、較正することなしに、 利用することができるであろう。装置の非線形性が許容誤差の範囲よりも大きい 場合に）工、装置が線形に近づくにつれて、のできない当該装置の較正が簡単に なる。理論的に、線形な装置が、第５図の、実線５０で示される真の流れ角とし て示されている。本発明にしたがって製作された装置の測定された流れ角は曲線 ５２で、また従来技術による装置のＳ１１定された流れ角＃工破線５４で、それ ぞれ示されている。

本発明による装置の曲線５２は、実線５０で示される真の眞れ角に極めて近′似 していることがわかる。本発明による装置は、大きな迎え角のときに、［ｉＦ＋ ５５４で示される従来の装置よりも、その性能かめざましく同上している。現代 の軍用固定ｄ磯は、その旋回能力を高めろために、しばしばＸさな迎え角で飛行 する。このような飛行は、戦闘状況下罠おいては、生存に関して極めて臨界的な ものではあるが、そのような飛行には、危険がないわけではない。大きな迎え角 での飛行は、その航空機を失速点に接近させてしまう。現代の高性能ジェット機 の失速は常：（危険である。というのは、航空機の空気力学が、失速に起因する きりもみ降下からの回復を可能疋しないかも知れないからである。したがって、 本発明により製作さｎる装置は、指示、特に、臨界的な大きな迎え角において、 パイロットに僅めで正確な迎え角の指示を供給し、この結果、安全な飛行に大き く貢献することができる。

第６図は１本発明にしたがって製作された装置および従来技術による装置との両 方に対する１ツバ効果（Δｈｈｃｈ　ａｆｆｅｃｔｓ）を、それぞれ曲線５６お よび破線５８で示したものである。

第６図において、理論的に完全な装置＃瓢、線形な感度係数を有し、マツハ該の １′ａとしては変化しない。過去においては、マツハ１．０に接近する遷音速の 領域において、ｇＬも大きな非線形性が生じ、そして、この非線形性は、マツ／ ％　Ｌ　Ｏを超えると、い（らか小さくなる。このような、しばしば空気データ センサに影響を与える非線形性は、マツ／％　１．０　ＩＣｋ近するときの圧縮 効果および衝隼仮形成の開始に起因する。

本発明により製作される製電は、マツハ数の広い範囲罠わたって高い線形件を有 し、そして危険な金音速の領域においても、わずかな非線形性を有するのみであ る。４６図においては、感９係数Ｋかマツハａに対してプロットされている。

感り係数は、実際又は　裟竜により動電されるクヱ々の出力から、室で表現され る迎え角ａへの（２換に用いられろ千ヤリブレーシ百ン定数である。この関係は 、通常は次のように表現される。

したがって・ こＣで６、（ｊンの圧力Ｐは、各々の圧力の廿フィックスと向じ符号を′つけら ユた、・−１２図中の各ポートでＦ知さｎる圧力である。′丁なわち、列えばＰ 　２１＋＠、第２のポート２１で恨知された圧力である。本発明による襞λの近 似：Ｉ’Ｊな保杉怪ζ＝。

曲線５６嚇１ら明らかである。また、マツハ１．０を超えた仮は。

曲線５６そ曲線５８とは一致する。

とのセｌすでは、５つの圧力測定がなされる。ポート１６Ｖｃ２ける圧力Ｐ、； 七してボー）　２０，２１．２２ｇＪび２３における圧力である。これらの測定 から、辿え角、横丁へり角、全圧、−マツハ数、および静圧が導き−される。

分析お４゛び実験罠より、航空機のマツハ数（マツハ数を瓢、流体媒質内、にお ける、に９愼の速硬と前述との比である）ｒヱ、ポート２２および２３闇のピコ の千Ｆｌ（Ｐ、）を、ポート１６における数２点圧（ＰＴ）で除した１負の嘴数 であることが判明した。そしてまた、実朕により・この慶来が、マツハ数の広い ＠！囲にわたって、椎待さ詐ることも判明した。この１内さｎた曲線は、場６図 に２いては・実質的に直祿的な関数として描かれてい、るが、３つのマツハ数の 範囲、すなゎら０．２がら約０．８　、０．．８から１．１、そして１．１から それを超える範囲においては、・ゆるやかに変化する。この（呆、Ｐ４／　Ｐ、 なろ国際調査報告　ＰＣ’ｒ／１Ｊｓｌｌ＆１０１９８１ＦＩｃＪ、　５ 流れ角　（度） マツハ数 ＋ｍｓ−制−−−島−Ｎｔｓ＋ｍ＋輻−

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．第１の平面に関して、流体媒質内を移動する対象物の円筒センサ本体の縦軸 の角度位置を検知する改良されたセンサ装置であって、 前記対象物が、センサ本体に取付けられ、そして流体媒質内に突出する前端部と 、 前記対象物に設けられ、流れの上流方向に向って配置され、かつ前記第１の平面 に対して適当な角度を有する第２の平面内に配置され、前記対象物の軸に関して 、あらかじめ設定された角度で配置された軸を有する第１の圧力検知ボート対と 、 前記第１の平面内に配置され、前記対数物の軸に関して、おらがじ設定された角 度で配置された軸を有する第２の圧力検知ボート対と、 前記対象物の軸と一致する軸を有する１つの圧力ボートとを具備し、 前記センサ本体の前端部が、一底面を有する球台を定義するように改良されたセ ンサ装置。
2. ２．請求の範囲第１項に記載された改良されたセンサ装置であって、 前記センサ本体の前端部が前記センサ本体に接続される部分に、その境界部の点 の軌跡が存在し、該軌跡は、円を形放し、かつ前記前端部とセンサ本体との間に とがった角部を構成するもの。
3. ３．中央の縦軸、および該縦軸の周囲に形成された外表面を備えた円筒チューブ より成る空気データ検知プローブであって、よの構成より成るもの； 前記チューブに形成された端部であって、前記軸上に配置された中心点を中心と して形成され、かつ半球面の一部を構成する部分球面状の外表面を有し、そして その半径が前記円筒チューブの半径よりも大きな半径をを有する端部；前記チュ ーブの円筒状外表面および閉塞端部材の球状表面が、半球表面の直径よりも小さ い直径を有する一平面上で交さし、かつ前記部分球状表面がこの部分球状表面か ら円筒表面に至る境界部の角部を形成する部分となること；および 前記部分球面を貫通して形成され、該球面における所望の流体圧力を検知するよ うに適合されたポート手段。
4. ４．請求の範囲第３項に記載されたプローブであって、前記プローブチューブの 円筒外表面の半径か、前記部分球面の半径よりも０．０２パーセントから２０パ ーセントの範囲だけ小さいもの。
5. ５．中心縦軸を有する円筒チューブ部材より成る空気データ検知プローブであっ て、前記チューブは、前記軸の周囲に第１の半径で形成された外表面を有し；前 記チューブは、前記軸上に位置される中心点に関して形成された部分球状外表面 を有する前端部を有し；前記軸に垂直な一平面に沿って境界をなす円筒表面を備 え、そして、前記球面の中心点は、前記プローブの前端部に関して前記平面より も後方に配置され；そして、前記部分球面に形成され、前記チューブの内部へ開 口する少なくとも一対の空気データ検知ポート手段を備え、前記ポート手段か、 前記チューブの縦軸に関して鋭角をなす中心軸を有しているもの。
6. ６．請求の範囲第５項に記載されたプローブであって、前記部分球面を貫通する ように形成された５つのポート手段を備え、前記ポート手段が、前記縦軸に関し て、相反する方向で、等しい鋭角をなす軸を有し、かつ第１のポート手段組から 環状にオフセットされた第２のポート手段対と、前記チューブの縦軸と実質上一 致する軸を有する中央ボート手段とを含むもの。
7. ７．第１の平面に関して、流体媒質内を移動する対象物の軸の角度位置を検知す る改良されたセンサ装置であって、前記対象物が、流体媒質内に突出する前端部 と、前記対象物に設けられ、流れの上流方向に向いており、かつ、前記第１の平 面に対して適当な角度をなす第２の平面内にあり、さらに、前記対象物の軸に関 して、あらかじめ設定された角度で配置された軸を有する第１の圧力検知ポート 対と、 前記第１の平面内にあり、かつ、前記対象物の軸に関してあらかじめ設定された 角度で配置された軸を有する第２の圧力検知ポート対と、 前記対象物の軸と一致する軸を有する１つの圧力ポートと、 前記名ポートから圧力信号の供給を受けて、次式により決定される別の信号を発 生する手段とを具備し、前記センサ本体の前端部か、一底面を有する球台を定義 するように改良されたセンサ装置。 ▲数式、化学式、表等があります▼ ただし、上式において、Ｐ１およびＰ２は、第１のポート対の各々における圧力 、Ｐ４は、第２のポート対における圧力の平均値、そしてＰＴは前記１つの圧力 ポートにおける圧力である。